Блогнот. Максим Тимофеев: климатические катастрофы прошлого глазами байкальских рачков

— Что это?

— Глаз. Человеческий глаз.

— Стеклянный?

— Настоящий. Принято считать, что в зрачке убитого остается изображение убийцы в

последний момент перед смертью. Я провел ряд опытов и могу с уверенностью сказать:

абсолютная чепуха!

«Приключения Шерлока Холмса и доктора Ватсона»

Ученые и медики давным-давно опровергли фантазии о том, что глаза могут хранить отображение катастрофических событий, с которыми сталкивались их владельцы. По крайней мере, убийцы в них точно не отображаются. Но что же насчёт других неприятностей? Могут ли глаза живых существ рассказать нам что-то о прошлом?

Оказывается, действительно могут. Так, глаза байкальских эндемичных рачков амфипод рассказали исследователям Байкала кое-что о древних климатических катастрофах. Причем, как часто происходит в науке, открытие сделано совершенно случайно и совсем по другому поводу. Но обо всём по порядку.

Итак, молодые ученые НИИ биологии ИГУ, под руководством к.б.н. Polina Drozdova и при поддержке Российского научного фонда решили изучить разнообразие зрительных белков опсинов у байкальских амфипод.

Первоначальные задачи исследования были довольно утилитарными: ученые занимались поиском новых опсинов, поскольку одно из потенциальных применений этих белков – технологии оптогенетики. Почему же байкальские обитатели, а именно эндемичные рачки-амфиподы, стали объектами такого исследования? Это напрямую связано с особенностями экосистемы озера. Ведь Байкал — единственное озеро на нашей планете, в котором благодаря насыщенности кислородом толщи воды пресноводные организмы могут обитать до глубин больше полутора километров. При этом, если в литорали Байкала свет проникает на глубины до 40 метров, то, начиная с глубины более 100 метров, света практически нет, там всегда стабильная холодная температура и очень темно.

В темноте больших глубин обитает множество самых разных животных, но наибольшее разнообразие получили именно рачки-амфиподы. Всего амфипод в Байкале около 350 видов и подвидов, и у абсолютного большинства из них большие фасеточные глаза. Для многих видов рачков форма и цвет глаз даже являются видоспецифичными признаками, что говорит о важности зрения для этих рачков.

На молекулярном уровне за зрение у всех животных отвечают зрительные пигменты, состоящие из белков опсинов и их кофакторов — производных витамина A. Если у организма есть лишь один такой белок, то он различает только интенсивность света, а если таких белков несколько, то формируется цветное зрение. Именно потенциальное разнообразие опсинов у 350 видов байкальских рачков и заинтересовало учёных.

**

Для начала исследователи провели анализ нуклеотидных последовательностей опсинов у почти 90 видов амфипод со всего мира. Этот анализ показал, что всего у амфипод встречается только два класса опсинов, а внутри класса может быть до пяти разных белков. Такой анализ не позволяет точно оценить их спектральную чувствительность, однако по последовательности представители этих двух классов сходны с опсинами, чувствительными соответственно к средней (голубому цвету) и длинноволновой частям спектра (зелёный, желтый, красный).

Здесь важно отметить, что байкальские амфиподы не обладают единым происхождением: предполагается, что их предки проникали в озеро как минимум дважды с разницей в миллионы лет. Поэтому ученые ожидали обнаружить молекулярные различия, связанные с давностью нахождения видов и длительности их приспособления к особым Байкальским условиям.

Неожиданно для ученых выяснилось, что у всех без исключений групп байкальских бокоплавов обнаружены опсины только второго класса и начисто отсутствуют опсины первого класса. При этом у родственных видов из других водоемов, обе группы опсинов вполне имеются. Это говорит о том, что все виды байкальских амфипод, независимо от происхождения и времени нахождения в Байкале, в силу неких причин разом потеряли одну и ту же группу светочувствительных белков.

Но на этом потери зрения в истории байкальских рачков не заканчиваются. Второй класс опсинов амфипод, в свою очередь, тоже делится на два подкласса, и один из них также оказался утерян у всех исследованных глубоководных видов. Более того, установлено, что байкальские бокоплавы, которые регулярно встречаются на глубинах глубже 200 метров, вообще имеют только один опсин, а значит, они утратили цветное зрение и воспринимают мир чёрно-белым.

**

Биологи хорошо знают, что эволюционный процесс может идти несколькими путями: наиболее часто в виде постепенного накопление мутаций и новых признаков в популяциях, при этом в разных популяциях идет накопление разных признаков. Случаи радикального изменение одного и того же признака в независимо эволюционирующих группах (именно это мы и видим у байкальских рачков) обычно свидетельствуют о радикальных же изменениях условий среды обитания. Чаще всего это какие-то глобальные и катастрофические процессы, будь то массовые выбросы вулканов, падения метеоритов, глобальное потепление или, наоборот, похолодание. И именно последнее может дать отгадку причинам массовой утраты байкальскими рачками целого класса белков, когда-то обеспечивавших зрение в средневолновом диапазоне спектра.

Если мы посмотрим на климатическую историю Байкала, то мы увидим, что озеро неоднократно проходило через периоды как потеплений, так и похолоданий. При этом, по мнению ряда исследователей, в отдельные периоды своей истории озеро могло быть покрыто льдом практически полностью, что сопровождалось массовым вымиранием и перестройками экосистем.

При оледенениях многие обитатели Байкала могли быть отрезаны от прибрежной зоны из-за промерзания литорали. Очевидно, что среди них были и байкальские рачки-амфиподы, наибольшее разнообразие которых обитает (и, видимо, всегда обитало) в зонах небольших глубин. В периоды оледенений, которые длились не год и даже не один век, все эти виды должны были находиться в крайне неблагоприятных стрессовых условиях, адаптироваться к длительному выживанию под внушительным слоем льда.

При обитании в постоянно сниженном количестве света развитое зрения рачкам, видимо, оказалось ненужной опцией. Более того, при обитании в условиях крайне неблагоприятной среды, возникла необходимость максимально «оптимизировать» все энергетические расходы у подлёдных обитателей. Поэтому эволюция быстро отсекла все лишнее у рачков, и в том числе под оптимизацию попала одна из групп светочувствительных белков. Поэтому мы и видим утрату данного признака у всех без исключения байкальских амфипод. Когда же условия в Байкале вернулись к более тёплым и рачки вновь заселили мелководья, восстановить утраченное разнообразие белков им было уже невозможно.

Амфиподы, которые остались жить на больших глубинах, пошли еще дальше: они еще больше редуцировали свое зрение до одного опсина и отказались от функции цветного восприятия, а немногочисленные виды, как, например, глубоководные рачки-гаряевии (Garjajewia sarsi) так и вообще стали слепыми, с полностью отсутствующими глазами как органами.

Интересно, что сохранение у многих амфипод обоих подклассов второго класса опсинов говорит о том, что слой льда все-таки не был настолько толстым, чтобы погрузить всех рачков в полную темноту, в которой ныне обитают глубоководные виды. Вероятнее всего, лёд, будучи достаточно прозрачным, что требовало сохранения цветного восприятия, очевидно, позволял фотосинтезирующему фитопланктону поддерживать условия для сохранения жизни подо льдом. Именно этот факт, скорее всего, и позволил выжить и сохраниться множеству эндемичных видов Байкала, включая и изучаемых амфипод.

**

Итак, ученые, занимаясь поиском и описанием белков опсинов, обнаружили новое подтверждение тому, что ранее в ходе своей длительной истории Байкал неоднократно сталкивался с глобальными экосистемными вызовами, имеющими выраженные эволюционные последствия.

Скорость, с которой идет эволюция в Байкале, довольно впечатляющая.

Новый пример со зрением байкальских амфипод тслужит хорошей иллюстрацией того, как климатические катастрофы могут драматическим образом отражаться на всей экосистеме, на ее доминирующих группах и организмах. Совершенно очевидно, что прошедшие оледенения пережили далеко не все виды из многообразной фауны Байкала предшествующих периодов — только наиболее приспособленные и адаптированные смогли дойти до нашего времени. Но даже и у них мы видим эволюционные «шрамы» - явные следы тех катастрофических событий. Событий, о которых мы можем узнать и увидеть буквально глазами самих байкальских рачков.

Исследование опубликовано в журнале BMC Ecology and Evolution.

Новости Прибайкалья - теперь в Вайбере. Только эксклюзив! Подписывайтесь!

Читайте нас в Телеграме!

URL: http://babr24.com/irk/?IDE=214153

bytes: 9202 / 8543

Обсудить на форуме Бабра в Telegram

Поделиться в соцсетях:

Автор текста: Миша Ковальски, научный обозреватель.

На сайте опубликовано 1202 текстов этого автора.

Другие статьи в рубрике "Наука и технологии" (Иркутск)

«Росатом» хочет пролезть в Европу. И просит денег

«Росатом» не оставляет попыток пролезть на мировой рынок. В этот раз госкорпорация придумала очередной затратный проект, чтобы выкачать из бюджета несколько сотен миллиардов рублей. Часть из них, полагаем, уйдет на зеленые облигации. Чтобы Запад оценил.

Виктория Британская

Наука и технологииРасследованияЭкономика и бизнесМир Россия Томск

9393

09.06.2021

Блогнот. Максим Тимофеев и «спящие»-агенты

Новая статья вышла у иркутских учёных из Научно-исследовательского института ИГУ. Она опубликована в научном журнале Marine Biotechnology. Директор института Максим Тимофеев рассказывает популярно о новых открытиях.

Миша Ковальски

Наука и технологииЭкологияИркутск Байкал

11950

08.06.2021

Китай запустит «умный» трамвай. Спасает экологию?

Китай снова решил сократить углеродные выбросы и достал из закромов изобретение не первой свежести. Этот чудесный запах нафталина. Какой уже год подряд в Поднебесной пытаются запустить абсолютно новый экологичный транспорт, перейти на «зеленую» энергию и сократить потребление угля.

Виктория Британская

Наука и технологииЭкологияТранспортМир Китай

9255

03.06.2021

Революция электромобильной вселенной: на место литий-ионных аккумуляторов придут графено-алюминиевые?

Новые аккумуляторы в разы дешевле литий-ионных, заряжаются в 60 раз быстрее, а разряжаются в 3 раза медленнее. ​​Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) заявила о создании батареи на основе алюминия и графена.

Анна Амгейзер

Наука и технологииТранспортЭкономика и бизнесМир Россия Иркутск

13022

01.06.2021

Машины поднимутся в небо. «Таксовать»

Британцы решили избавить весь мир от пробок. Наземных. Местное правительство поддержало идею авиатакси и дронов-доставщиков. Первые машины хотят запустить в небо всего через три года.

Виктория Британская

Наука и технологииМир Россия Корея

5342

27.05.2021

Увидеть мир спустя 10 лет: манипуляции с генами вернули слепому зрение

Пигментный ретинит — наследственное дегенеративное заболевание глаз, которое резко ухудшает зрение и часто приводит к слепоте. Сначала у пациента пропадает способность видеть в сумерках, деградирует периферическое зрение, а затем может возникнуть полная слепота.

Миша Ковальски

Наука и технологииЗдоровьеМир

2056

27.05.2021

832 километра в день: стрижи прилетели и даже не устали

Стрижи относятся к самым распространённым птицам на земле. Они обитают на всех континентах, за исключением Антарктиды и некоторых океанических островов. В Иркутск они прилетают в середине мая. Стрижи отличаются тем, что в полёте они могут есть, спать и спариваться.

Миша Ковальски

Наука и технологииМир

3980

23.05.2021

Блогнот. Максим Тимофеев: климатические катастрофы прошлого глазами байкальских рачков

— Что это? — Глаз. Человеческий глаз. — Стеклянный? — Настоящий. Принято считать, что в зрачке убитого остается изображение убийцы в последний момент перед смертью. Я провел ряд опытов и могу с уверенностью сказать: абсолютная чепуха!

Миша Ковальски

Наука и технологииИркутск Байкал

4587

21.05.2021

Фонари, автомобили, дома: почему искусственный свет тоже загрязняет Байкал?

Про вред фосфатов для байкальской воды уже вроде бы известно всем, а если не всем, то многим. А про вред пластика известно и подавно. Однако на Байкале есть ещё один вид загрязнителя, о котором не знает практически никто. Речь идёт о световом загрязнении.

Миша Ковальски

Наука и технологииЭкологияМолодежьИркутск Байкал

11747

20.05.2021

Как грозопеленгаторы разоблачают черных лесорубов и сохраняют леса

Ранее Бабр писал о разработанном иркутскими учеными грозопеленгаторе, который планируют установить в Бурятии. Позднее стало известно, что еще в 2019 году три подобных устройства предлагали приобрести для Иркутской области.

Есения Линней

Наука и технологииЭкологияРоссия Иркутск Бурятия

8998

17.05.2021

Молодой предок: тело мальчика пролежало в африканской земле тысячи лет

Новая археологическая находка взбудоражила весь мир. Человеческие останки удивили местом захоронения и своим возрастом. Большая команда учёных провела не менее большое исследование. Они решили провести археологические работы на стоянке в африканской пещере Панга-я-Саида, что находится в Кении.

Миша Ковальски

Наука и технологииИсторияМир

4237

13.05.2021

Искусственный интеллект для зелёных технологий развивают в ИрНИТУ

Иркутские учёные внедряются в работу ведущих технологий. Искусственный интеллект, биотехнологии, энергосберегающие технологии, углеродный след и зелёные технологии. В таких направлениях университет теперь нацелен работать.

Миша Ковальски

Наука и технологииОбразованиеМолодежьИркутск

8289

12.05.2021

Лица Сибири

Бредний Раиса

Швыткин Юрий

Ширяев Вячеслав

Снарский Александр

Зыбынов Андреян

Берулава Михаил

Степанов Павел

Леньшина Ирина

Очиров Бато

Авдеев Дмитрий